材料工程基础教材课件.ppt

1、 第四章第四章 燃料及其燃烧燃料及其燃烧材料工程基础 6.1 燃料的种类及其组成6.2 燃料的性质 6.3 燃烧计算6.4 燃料的燃烧理论及过程6.5 洁净燃烧技术燃料及其燃烧燃料及其燃烧6.1 燃料的种类及其组成燃料的种类及其组成6.1.1. 燃料的种类燃料的种类（1）矿物燃料）矿物燃料 燃烧过程中能够发出热量并能利用的可燃物质燃烧过程中能够发出热量并能利用的可燃物质燃料燃料固体燃料固体燃料燃料油燃料油气体燃料气体燃料矿物矿物燃料燃料按照物态分类按照物态分类按获得方式分按获得方式分天然燃料天然燃料人工燃料人工燃料生物生物 燃料燃料太阳能以化学能形式储存在生物中的一种能量，直接太阳能以化学能形

2、式储存在生物中的一种能量，直接或间接来源于植物的光合作用，并以生物质为载体或间接来源于植物的光合作用，并以生物质为载体生物乙醇生物乙醇生物柴油生物柴油燃料及其燃烧燃料及其燃烧6.1燃料的种类及其组成燃料的种类及其组成6.1.2固体燃料和燃料油的组成固体燃料和燃料油的组成6.1.2.1元素分析组成元素分析组成H烟煤、无烟煤含量：烟煤、无烟煤含量：410燃料油含量：燃料油含量：10-14% kg/120370OH2H2222kJOCkg/3279322kJCOOC与氢结合为碳氢化合物与氢结合为碳氢化合物受热分解后燃烧受热分解后燃烧 固、液燃料的主要热能来源 烟煤、无烟煤含量：烟煤、无烟煤含量：75

3、90燃料油含量：燃料油含量：85-88% 不可燃成分固体燃料、燃料油可燃成分碳、氢和部分硫碳、氢和部分硫氧、氮、灰分、水分和部分硫氧、氮、灰分、水分和部分硫燃料及其燃烧燃料及其燃烧6.1燃料的种类及其组成燃料的种类及其组成O、 N氧和氮不能燃烧氧和氮不能燃烧降低了燃料的燃烧能力降低了燃料的燃烧能力硫酸盐硫硫酸盐硫不可燃不可燃S有机硫有机硫 可燃可燃 无机硫无机硫 单质硫单质硫可燃可燃 燃烧产物对燃烧产物对设备及环境有害设备及环境有害固体燃料：固体燃料：0.0.2 2 8 8% %，液体燃料：，液体燃料：0.0.5 51 1% %。 硫化物硫硫化物硫可燃可燃燃料及其燃烧燃料及其燃烧影响煤的发热量

4、影响煤的发热量影响煤的着火与燃烧影响煤的着火与燃烧影响设备传热效率影响设备传热效率A灰分是燃料中灰分是燃料中不能燃烧的矿物杂质不能燃烧的矿物杂质煤：煤：5-55-50 0，液体燃料：一般液体燃料：一般0.30.3元素分析中的元素分析中的O、N、S、M、A 均为燃料的有害成分均为燃料的有害成分6.1燃料的种类及其组成燃料的种类及其组成煤：煤：1 1% %燃料油：燃料油：0.60.6% %M水不能燃烧，且升温吸热，水不能燃烧，且升温吸热，降低燃料的品质。降低燃料的品质。少量水对燃料燃烧起催化作少量水对燃料燃烧起催化作用用燃料及其燃烧燃料及其燃烧水分（水分（M）、）、挥发分（挥发分（V）、）、灰分（

5、灰分（A）、固定碳（、固定碳（FC）分析项目分析项目6.1.2.2工业分析组成工业分析组成6.1燃料的种类及其组成燃料的种类及其组成工业分析组成工业分析组成用工业分析方法得到煤的规范化组成规范化组成，不是煤的原始组成，是人们在一定条件下，用加热的方法加热的方法将燃料中极为复杂的复杂的成分加以分解和转化成分加以分解和转化而得到的组成燃料中水分燃料中水分游离水游离水化合水（结晶水）化合水（结晶水）不能用加热方法测出外在水Mf 自然干燥内在水内在水Minh 加热加热水分水分M空气干燥后煤样放在烘箱中空气干燥后煤样放在烘箱中102105下加热至干燥状态下加热至干燥状态燃料及其燃烧燃料及其燃烧6.1燃料

6、的种类及其组成燃料的种类及其组成挥发分V干燥煤样放在带盖坩埚内，在90010的马弗炉加热7min所失去的质量结晶水、碳氢化合物、碳氧化合物、氢气和焦油蒸汽挥发分高，着火温度低，火焰长，易着火挥发分高，着火温度低，火焰长，易着火水分M挥发分V灰分A=- -固定碳FC煤的质量灰分A 煤在815完全燃烧后的产物煤中矿物质的 转化产物灰分增大，妨碍氧在煤焦内部的扩散，同时会增加灰分增大，妨碍氧在煤焦内部的扩散，同时会增加灰分中的空隙而使氧在煤焦内部的扩散截面积提高灰分中的空隙而使氧在煤焦内部的扩散截面积提高燃料及其燃烧燃料及其燃烧空气干燥基空气干燥基: :是指分析实验室里所用的空气干燥煤样是指分析实验

7、室里所用的空气干燥煤样 的组成，角标的组成，角标“adad”表示表示 。收到基收到基: :实际使用的燃料的组成，用下角标实际使用的燃料的组成，用下角标“arar”表示表示。 Car+Har+Oar+Nar+Sar+Aar+Mar=100 Cad+Had+Oad+Nad+Sad+Aad+Mad=100游离水 内在水（Mar，inh）:可加热除去的水外在水（Mar,f）:可空气干燥除去的水分6.1.2.3 组成表示基准组成表示基准6.1燃料的种类及其组成燃料的种类及其组成Mad（1-Mar,f)=Mar,inhMar=Mar,f+Mad（1-Mar,f)燃料及其燃烧燃料及其燃烧干燥基干燥基：绝对干

8、燥的煤的组成，绝对干燥的煤的组成， 用下角标用下角标“d d”表示。表示。干燥无灰基干燥无灰基：无水无灰煤的组成，用下角标无水无灰煤的组成，用下角标“dafdaf”表示。表示。不受燃料在开采、运输和贮存过程中水分变动的影响。不受燃料在开采、运输、冼煤和贮存过程中水分、灰分变动的影响。Cd+Hd+Od+Nd+Sd+Ad+Md=100Cdaf+Hdaf+Odaf+Ndaf+Sdaf=100 6.1燃料的种类及其组成燃料的种类及其组成燃料及其燃烧燃料及其燃烧燃料组成的换算系数燃料组成的换算系数 已知“基”所换算的“基”收到基分析基干燥基干燥无灰基收到基分析基干燥基干燥无灰基adarMM11aradM

9、M11arM11ararAM-11adM11adadAM-11d-1AdA1111116.1燃料的种类及其组成燃料的种类及其组成ar1Mad1Marar-1AMadad-1AM燃料及其燃烧燃料及其燃烧【例】【例】已知煤的工业分析：Cad =35%，Mar=10%，Mad=8%，求Car。 【解】【解】1kg收到基燃料折合成空气干燥基燃料时，总质量为（1-Mar,f）kg。adadarfMMMM1,ardararCMCaf)1(，6.1燃料的种类及其组成燃料的种类及其组成adaradMMCC11ar%2.34%81%101%35arC燃料及其燃烧燃料及其燃烧6.1.2 气体燃料气体燃料湿成分湿成

10、分（用上角标（用上角标“v v”表示）表示）干成分干成分（用上角标（用上角标“d d”表示）表示）不可燃成分不可燃成分CO2、 H2O 、N2、O2、SO2等等换算可燃成分可燃成分CO、H2、CH4、CmHn和和H2S等等组成组成COv+H2v+CH4v+CmHnv+H2Sv+CO2v+N2v+O2v+H2Ov=100 COd+H2d+CH4d+CmHnd+H2Sd+CO2d+N2d+O2d=100 组成表示组成表示6.1燃料的种类及其组成燃料的种类及其组成X Xv v=X=Xd d(1-H(1-H2 2O Ov v） 燃料及其燃烧燃料及其燃烧燃料的发热量（热值燃料的发热量（热值）：）：单位质

11、量或体积的燃料完全燃单位质量或体积的燃料完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量称烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时所放出的热量称为燃料的发热量或热值为燃料的发热量或热值，单位为单位为kJ/kJ/kgkg（kJkJ/Nm/Nm3 3）。）。 6.2 燃料的性质燃料的性质6.2.1 燃料的发热量燃料的发热量高位发热量高位发热量Qgr,p 产物中三氧化硫产物中三氧化硫 、氮氧化、氮氧化物没有转化物没有转化产物中水蒸气全部凝结为水产物中水蒸气全部凝结为水低位发热量低位发热量Qnet,p产物中的水以产物中的水以20蒸气存在蒸气存在发热量发热量弹筒发热量弹筒发热量Q Qgr,v燃料及其燃烧燃

12、料及其燃烧6.2 燃料的性质燃料的性质高位发热量高位发热量Qgr,p 低位发热量低位发热量Qnet,pQnet,p,p,ar=Qgr,p,p,ar-2450(Mar+ 9Har)煤发热量转换煤发热量转换弹筒发热量弹筒发热量Q Qgr,vQgr,p,ad=Qgr,v,ad-4147Sad -4994Nad气体发热量转换气体发热量转换Qnet=Qgr-1969（H2+2CH4+H2S+nCmHn/2)标准煤标准煤：Qnet，ar=29300kJ/kg标准油标准油：Qnet=41820kJ/kg标准气：标准气：Qnet=41820kJ/kJ标准燃料标准燃料 燃料及其燃烧燃料及其燃烧工业中用经验公式近

13、似计算燃料低位发热量工业中用经验公式近似计算燃料低位发热量根据元素分析计算根据元素分析计算Qnet,v,ar=32793Car+98320Har-9100（Oar-Sar）-2450Mar (2)无烟煤无烟煤Qnet,v,ad=K0-36000Mad-38500Aad-10000Vad K查表，和Hdaf 和Vdaf 有关(3）烟煤）烟煤Qnet,v,ad=100K1-（100K1+2510）（Mad+ Aad）-1260 Vad 16750Mad 据Vdaf及焦渣特性查出6.2 燃料的性质燃料的性质燃料及其燃烧燃料及其燃烧（5）气体燃料气体燃料Qnet=12600CO+10800H2+358

14、00CH4+59000C2H4+63700C2H6+80600C3H6+91200C3H8+118700C4H10+146000C5H12+23200H2S6.2 燃料的性质燃料的性质（4）燃料油（燃料油（20 ）Qnet,v,ar=46424.5+3.1864 20 -8892.8 (20) 210-6Qgr,v,ar=51916.3 -8892.8 (20) 210-6燃料及其燃烧燃料及其燃烧6.2.2.1 6.2.2.1 煤的燃烧特性煤的燃烧特性煤的燃烧过程是一个重量损失过程，煤的重量损失速度也在一定层面上反映出煤的燃烧速度。热重分析曲线（热重分析曲线（TGA）微分热重分析曲线（微分热重

15、分析曲线（DTGA）差热分析曲线（差热分析曲线（DTA）6.2 燃料的性质燃料的性质6.2.2 煤的特性煤的特性煤着火点的认定？燃料及其燃烧燃料及其燃烧6.2 燃料的性质燃料的性质6.2.2.1 6.2.2.1 煤的结渣性煤的结渣性结渣性是指煤在燃烧的高温状态下灰分（矿物质）的粘结能力对煤的燃烧及燃烧设备会产生影响灰分熔点低，燃烧温度下结渣成块并包覆可燃物，造成煤不完全燃烧。受热面结渣，传热效率降低，导致煤耗增大。（2）煤灰的熔融特性（灰熔点） 与灰分组成及燃烧气氛有关 测定方法：三角锥法、小圆柱法国家标准规定，焦渣特性分为八级煤中水分及挥发分析出后在坩埚中的残留物，包括煤中的固定碳和灰分（1

16、）焦渣（焦炭）特性燃料及其燃烧燃料及其燃烧 6.2.3.4 6.2.3.4 凝固点：凝固点：一般随蜡及水的含量的增加而提高。我国生产的重油的凝固点一般为3045。6.2.3.2 6.2.3.2 粘度：粘度：影响重油的装卸、存贮、过滤、输送及雾化，我国重油的八个牌号是以100时运动粘度来分类的。6.2.3.3 6.2.3.3 闪点、燃点、着火点：闪点、燃点、着火点：重油的重要性能指标，它们关系到用油的安全技术及燃烧条件。 6.2.3 燃料油特性燃料油特性6.2 燃料的性质燃料的性质6.2.3.1 6.2.3.1 密度：密度： 与温度有关，相对密度与温度有关，相对密度d d42020燃料及其燃烧燃

17、料及其燃烧206.2.3.6 6.2.3.6 残炭：残炭：使燃烧器喷口堵塞和磨损使燃烧器喷口堵塞和磨损残炭量高的燃料油，其燃烧火焰黑度高，可增加火焰辐射，燃烧时易析出大量固体颗粒，难以燃烧。 6.2.3.7 6.2.3.7 机械杂质：机械杂质：重油储存和加热过程中生成的重质粘稠状物质和难溶解性物质，使系统堵塞，导致燃烧恶化。避免重复加热、快速加热和温度发生急剧变化，定期疏放排除 6.2 燃料的性质燃料的性质 6.2.3.5 6.2.3.5 爆炸浓度极限爆炸浓度极限：空气中燃料油蒸气达到一定浓度时，遇明空气中燃料油蒸气达到一定浓度时，遇明火或温度升高到某一数值就会发生爆炸的浓度称为爆炸浓度极限，

18、火或温度升高到某一数值就会发生爆炸的浓度称为爆炸浓度极限，有上限和下限。处于上限和下限的浓度区域即油品的爆炸范围有上限和下限。处于上限和下限的浓度区域即油品的爆炸范围燃料及其燃烧燃料及其燃烧6.2.4.1 6.2.4.1 着火温度（燃烧温度）着火温度（燃烧温度）6.2.4.2 6.2.4.2 爆炸浓度极限爆炸浓度极限 6.2.4 气体燃料特性气体燃料特性6.2 燃料的性质燃料的性质气体燃料特性随其组成成分的不同而异。气体燃料物理特性包括密度、热容、粘度等。燃气开始燃烧时的温度称为着火温度单一可燃气体在空气中着火温度可查表得到可燃气体与空气的浓度达到某个范围时，遇到明火会发生爆炸常见气体燃料爆炸浓度极限可由表得到燃料及其燃烧燃料及其燃烧